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[IT뉴스]D램은 로직처럼, HBM은 더 높게…어플라이드, AI 메모리 공정 대응 확대

온카뱅크관리자

2026-08-31 16:57:25

<div id="layerTranslateNotice" style="display:none;"></div> [반도체레이다] 
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 [디지털데일리 고성현기자] 글로벌 반도체 장비 기업인 어플라이드 머티어리얼즈가 인공지능(AI) 인프라 확대에 따른 메모리 대응에 나선다. 첨단 로직 칩에 근접한 D램 성능을 보완할 신소재·증착 솔루션을 고도화하는 한편, 단수가 높아지는 고대역폭메모리(HBM) 추세에 맞춰 하이브리드 본딩 공정 포트폴리오를 확충하겠다는 목표다.
 어플라이드는 31일 서울 오크우드 프리미어 코엑스센터에서 '인공지능(AI) 시대를 위한 D램·첨단 패키징 미디어 브리핑'을 열고 최근 메모리 트렌드와 어플라이드 머티어리얼즈의 솔루션 대응 로드맵을 공개했다.
 이날 참석한 무쿤드 스리니바산 어플라이드 머티어리얼즈 그룹 부사장은 "AI 모델의 연산 집약도가 높아지면서 소비 전력도 급격히 증가하고 있다"며 "연산과 데이터 이동, 비트당 사용되는 에너지를 어떻게 낮출지가 기술적인 핵심 과제"라고 말했다.
 그러면서 "이에 대한 해법은 3D 미세화"라며 "실제 연산하는 로직 칩과 이를 위해 데이터를 젖아하는 메모리, 로직과 메모리를 가까이 배치하기 위한 패키징 기술이 필요하다"고 강조했다.
 실제 최근 메모리반도체 업계는 데이터를 저장하는 셀(Cell) 집적도를 높이는 동시에 이를 제어하고 보조하는 주변회로(Periphery) 성능을 첨단 로직 칩 수준으로 끌어올리는 방향의 기술 개발을 이어가고 있다. 주변회로 트랜지스터에 실리콘게르마늄(SiGe) 선택적 에피택시를 적용해 성능과 전력 효율을 높이거나, 기존 평면형 구조에서 핀펫(FinFET) 구조로 전환하는 방안 등이 거론된다. EUV 적용 확대를 통해 하나의 칩에 더 많은 셀과 주변회로 트랜지스터를 집적하는 방향도 병행되고 있다.
 셀과 주변회로를 별도의 웨이퍼에서 제작한 뒤 결합하는 CMOS 본디드 어레이(CMOS Bonded Array: CBA)도 대표적인 차세대 구조다. CBA는 메모리 셀 웨이퍼와 CMOS 웨이퍼를 각각 최적화해 만든 뒤 웨이퍼 투 웨이퍼(W2W) 방식으로 접합하는 구조로, 셀 집적도와 주변회로 성능을 동시에 높일 수 있다는 점이 특징이다. 장기적으로는 수직 트랜지스터 기반 4F스퀘어 D램과 3D D램까지 이어지면서 D램 역시 로직 반도체에서 먼저 활용된 소자·재료·공정 기술을 적극 받아들이는 방향으로 진화할 것으로 전망된다.
 최근 AI 수요 확대에 따라 고대역폭메모리(HBM)에서도 D램 적층 단수를 높이고 층간 연결 성능을 개선하는 기술이 중요해지고 있다. 특히 기존 마이크로범프 방식의 높이와 연결 밀도 한계를 보완하기 위해 구리 패드를 직접 접합하는 다이투웨이퍼(D2W) 기반 하이브리드 본딩 기술 개발이 활발하다.
 하이브리드 본딩은 다이 사이 간격을 크게 줄여 동일한 높이에서 더 많은 D램을 쌓을 수 있고, 연결 밀도와 열 효율을 높이는 데도 유리해 HBM 고층화를 위한 핵심 기술로 꼽힌다.
 어플라이드는 이러한 변화에 맞춰 재료공학 및 장비 포트폴리오를 확충하고 있다. D램에서는 첨단 로직에서 확보한 에피택시와 금속화, CMP 등 재료공학 기술을 페리로 확대 중이다.
 HBM에서는 박막 증착과 TSV 형성, CMP, 계측에 이어 하이브리드 본딩 등 공정 전반을 아우르는 포트폴리오를 구축했다. 특히 네덜란드 장비사 베시(Besi)와 공동 개발한 D2W 하이브리드 본딩 시스템 '키넥스(Kinex)' 등을 출시하면서 관련 시장 대응을 본격화한 상태다.
 스리니바산 부사장도 "(HBM의) 에너지 효율과 성능을 높이려면 마이크로범프 기반 D램 적층에서 하이브리드 본딩으로 이동해야 한다"며 "하이브리드 본딩은 다이 사이 공간을 사실상 제로 수준으로 줄이고, 열 성능과 입출력(I/O) 밀도를 높여 지연시간과 대역폭을 크게 개선할 수 있다"고 설명했다.
 적층 단수 확대로 얇아지는 D램의 휨 현상(Warpage)를 제어하기 위한 장비도 구축했다. 어플라이드는 '프로듀서 아빌라2 PECVD'를 통해 HBM용 웨이퍼 후면에 나이트라이드와 옥사이드 박막을 증착해 박막 스트레스를 제어할 수 있도록 했다. 기존 D램 웨이퍼의 25분의 1 수준까지 얇아지는 HBM 다이(Die)의 휨을 억제하고 12단, 16단 이상 적층에 필요한 평탄도를 확보하는 데 초점을 맞췄다.
 HBM 적층이 더 높아질수록 박막 소재에 요구되는 역할도 달라질 것으로 내다봤다. 스리니바산 부사장은 "현재는 낮은 열 예산에서 소재를 증착하는 것과 다이 수준의 휨 현상을 제어하는 것이 중요한 요구사항"이라며 "앞으로는 열을 제거할 수 있도록 소재 자체의 열전도성도 높아져야 한다"고 말했다.
 이밖에 어플라이드는 HBM 고층화에 대응한 장비를 확대하고 있다. TSV 공정에서는 3마이크로미터(㎛) 이하 미세 구조 내부를 구리로 채우는 전기화학증착(ECD) 장비 '노코타 브이맥스2'를, CMP에서는 하이브리드 본딩과 TSV 공정에서 요구되는 웨이퍼 평탄도와 총두께편차(TTV)를 제어하는 '옵타 쿼드'를 내세웠다. 계측·검사 분야에서는 휨이 큰 HBM·칩렛 기판에서도 미세 구조를 측정할 수 있는 '베리티셈 7AP'와 결함을 고해상도로 분석하는 '셈비전 G7AP' 등을 통해 공정 수율 관리까지 지원한다.
 어플라이드는 하이브리드 본딩의 HBM 양산 적용 시점에 대해서는 신중한 입장을 보였다. 스리니바산 부사장은 하이브리드 본딩이 마이크로범프 대비 열 효율과 다이 집적도를 높일 수 있는 유망 기술이라면서도 "새로운 반도체 기술의 변곡점마다 학습 곡선이 존재한다"며 "정확한 도입 시점은 고객사가 결정할 영역"이라고 말했다.
 고객사와의 공동 기술개발을 위한 '에픽(EPIC) 센터'를 통해 차세대 메모리와 패키징 기술의 상용화 속도를 높인다는 계획도 강조했다. 에픽 센터는 장비·공정 혁신부터 양산 적용까지 고객사, 팹리스, 장비·소재 파트너가 한 공간에서 공동 개발하는 플랫폼이다. 국내 대표 메모리반도체 제조사인 삼성전자와 SK하이닉스도 에픽의 창립 파트너로 참여하고 있다.
 국내에서는 경기도 오산에 구축 중인 '어플라이드 컬래버레이션 센터 코리아(ACC Korea)'가 이 같은 협업의 거점 역할을 맡는다. 어플라이드는 미국 실리콘밸리 에픽 센터에서 개발한 초기 기술을 ACC Korea와 연계해 국내 고객사의 실제 소자와 공정에 빠르게 적용하고 양산 검증까지 이어간다는 구상이다.
 박광선 어플라이드 머티어리얼즈 코리아 대표는 "에픽에서 로드맵에 정의된 기술을 개발하고, 한국에서는 이를 고객 디바이스 상용화에 더 빠르게 적용할 수 있도록 기술 협업을 진행할 예정"이라며 "에픽과 ACC Korea, 고객사를 연결하는 체계를 구축해 혁신 속도를 높이는 것이 목표"라고 말했다.
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